核電站重要廠用水系統(tǒng)的海水管道承擔(dān)著核電站、核安全相關(guān)設(shè)備冷卻的重任。既然如此重要，海水管道內(nèi)壁就要在壽期內(nèi)進(jìn)行定期的防腐維修，海水管道內(nèi)壁防腐作業(yè)一直是核電行業(yè)的一個(gè)難題！
因?yàn)槟壳皣鴥?nèi)核電行業(yè)普遍采用的作業(yè)方式是人工作業(yè)。而人工作業(yè)存在很多的不便，現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)器人的出現(xiàn)這種難題將得到解決。
▲管道防腐作業(yè)機(jī)器人
“成功啦!成功啦!”看著這條直徑690毫米、長度45米的管道煥然一新，防腐工程師大大松了一口氣，揮揮拳頭不由得叫出聲來。
原來，由中國廣核集團(tuán)下屬蘇州熱工研究院有限公司(簡稱“蘇州院”)、大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司(簡稱“大亞灣核電”)聯(lián)合自主研發(fā)的管道防腐作業(yè)機(jī)器人，在大亞灣核電站實(shí)現(xiàn)了首次應(yīng)用。2021年5月1日，防腐工程師手持遙控器遠(yuǎn)程操作，成功實(shí)施了海水管道內(nèi)壁自動(dòng)化除銹、殘?jiān)謇砗蛧娡啃迯?fù)工作。
經(jīng)機(jī)器人處理后的管道，無論在表面除銹還是鹽份去除上，都徹底而干凈，修復(fù)后的涂層均勻光亮，作業(yè)質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)人工方式。該項(xiàng)裝備與技術(shù)的成功應(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)核電站管道防腐作業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)空白，國內(nèi)核電站自動(dòng)化防腐作業(yè)開啟了新篇章。
▲機(jī)器人作業(yè)前后
1 瞄準(zhǔn)痛點(diǎn)：“管道醫(yī)生”的實(shí)踐與思考長期以來，國內(nèi)核電行業(yè)的管道作業(yè)方式比較傳統(tǒng)，普遍都是施工人員爬行進(jìn)入狹窄的管道，開展高強(qiáng)度的打磨除銹與涂裝修復(fù)工作，耗時(shí)長、難度高、風(fēng)險(xiǎn)大。
“管道空間狹小，在里面待上一小會(huì)兒都會(huì)讓人感覺不大好受，幽暗濕熱的環(huán)境，凝固的空氣伴著些許海腥味兒，一趟下來渾身肯定是濕透了。”蘇州院研發(fā)負(fù)責(zé)人孫永亮介紹傳統(tǒng)作業(yè)方式時(shí)說道，“施工作業(yè)人員就更不用說了，或爬，或躺，或蜷縮蹲立，在這些姿勢下還要手持磨機(jī)進(jìn)行打磨，火花四濺，粉塵彌漫，伸手不見五指，立體環(huán)繞雙聲道噪音更是時(shí)時(shí)刻刻縈繞耳旁，仿佛在跟你說：加油兄弟，再堅(jiān)持個(gè)把小時(shí)，你就能出去歇歇腳了!”
不僅在高風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境下挑戰(zhàn)施工人員身心極限，傳統(tǒng)作業(yè)方式還面臨著管道表面鹽份無法徹底去除，導(dǎo)致修復(fù)后的涂層產(chǎn)生滲透壓鼓泡，管道壽期內(nèi)需要頻繁維修，成本耗費(fèi)過高。
“修修補(bǔ)補(bǔ)又一輪，這個(gè)大修又得縫幾塊補(bǔ)丁上去了。”這是機(jī)組大修前防腐工程師們經(jīng)常吐槽的一句話。事實(shí)也的確如此，經(jīng)過一輪接一輪的大修洗禮，管道內(nèi)壁早已是形態(tài)各異的補(bǔ)丁。
▲防腐工程師“躺”在海水管道中進(jìn)行作業(yè)
有沒有更好的辦法呢?蘇州院和大亞灣核電組建以黨員為核心骨干的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，瞄準(zhǔn)痛點(diǎn)，決心嘗試做一些改變。
如何既能降低風(fēng)險(xiǎn)又能提升維修質(zhì)量?研發(fā)團(tuán)隊(duì)在這個(gè)問題上絞盡腦汁。“我們通過開展國內(nèi)外廣泛調(diào)研，技術(shù)路線多次研討與思想碰撞，最終確定了自動(dòng)化裝備研發(fā)的整體方向，選擇高壓水射流替代傳統(tǒng)磨機(jī)打磨，選擇自動(dòng)無氣噴涂替代人工刷涂。”
說干就干，研發(fā)團(tuán)隊(duì)于2019年初正式啟動(dòng)了研發(fā)工作。
研發(fā)遇到的第一個(gè)關(guān)鍵問題就是：高壓水射流的水壓、流量、靶距等各項(xiàng)參數(shù)如何設(shè)置才能達(dá)到最優(yōu)效果呢?所謂高壓水射流，就是把自來水通過柱塞泵加壓到壓力2000bar以上，水就會(huì)以高速的射流狀態(tài)從噴槍中噴出，噴出來的水就叫高壓水射流。研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷摸索嘗試，同時(shí)還對水射流表面處理后閃銹對涂層附著力影響，進(jìn)行測試評價(jià)。
“在研發(fā)過程中，我們一次次嘗試、一次次推翻、一次次重來，任何一個(gè)小小的細(xì)節(jié)考慮不到位，都有可能導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。”從高壓無氣噴涂噴幅搭接寬度、轉(zhuǎn)速與行進(jìn)速度協(xié)同的理論計(jì)算到試驗(yàn)驗(yàn)證，從機(jī)器人本體、除銹模塊、噴涂模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、負(fù)載計(jì)算和通過性分析，再到模擬臺(tái)架離線測試……研發(fā)團(tuán)隊(duì)在“數(shù)不清多少次的失敗、調(diào)整、改進(jìn)”中，逐漸找到一個(gè)個(gè)問題的解決方案。
▲團(tuán)隊(duì)為研發(fā)工作搭建的1:1尺寸的試驗(yàn)管道
“除銹效果看著還不錯(cuò)，噴涂功能的實(shí)現(xiàn)看來問題也不大，可是到了現(xiàn)場除銹結(jié)束后，一大堆漆皮銹渣堆在管道里面，沒法開展噴涂。”大亞灣核電高級工程師白榮國的一句話點(diǎn)破了研發(fā)工作存在的漏洞，“我們還需要再設(shè)計(jì)一套殘?jiān)謇淼墓δ苣K，才能實(shí)現(xiàn)全工藝鏈條上的自動(dòng)化，機(jī)器人的研發(fā)也才能算大功告成”。
為了解決這個(gè)漏洞，研發(fā)團(tuán)隊(duì)又開展了排渣功能模塊的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。
2020年11月，一款集成除銹、排渣與噴涂修復(fù)功能的管道防腐作業(yè)機(jī)器人成套裝置研制完成。經(jīng)過機(jī)器人成套裝置在1:1尺寸模擬管道上的測試驗(yàn)證，效果良好，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期研發(fā)目標(biāo)。
“機(jī)器人擁有穩(wěn)固、靈活的三足，可自行適應(yīng)管道內(nèi)徑并做前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。”孫永亮表示，機(jī)器人依次搭載配套設(shè)計(jì)的除銹模組、排渣模組和噴涂模組，可實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁全工藝流程自動(dòng)化作業(yè)，高質(zhì)量完成工程師交辦的防腐作業(yè)任務(wù)。
▲機(jī)器人通過離線試驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)
“研發(fā)測試效果不錯(cuò)，2021年4月份大亞灣核電機(jī)組十年大修，正好有難得的解體窗口，咱們研制的這套裝置能不能直接用上去?”
這可是一塊“硬骨頭”。試驗(yàn)測試和工作現(xiàn)場的條件存在著較大差異，這個(gè)讓研發(fā)團(tuán)隊(duì)一下子心里沒了底。例如，“試驗(yàn)測試管道只有5米，而核電站管道單根接近10倍長度;試驗(yàn)場地空曠無物，而真實(shí)的工作現(xiàn)場在負(fù)6米的地下管廊;試驗(yàn)測試的時(shí)候，用水用電取水排水都非常方便，可是現(xiàn)場卻有各項(xiàng)條件制約。”
更重要的是，現(xiàn)場這條管道是核安全相關(guān)設(shè)備，承擔(dān)著為機(jī)組排出熱量的重任，檢修工作不容有失。這項(xiàng)工作做得下來么?這成了研發(fā)團(tuán)隊(duì)心中的疑問。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了現(xiàn)場查勘、技術(shù)分析與方案論證，“咱們當(dāng)初研發(fā)裝備的初心不就是為了解決工程問題嘛，這家伙可不能被供起來”，雖然心中有擔(dān)憂，但他們還是決定去啃這塊硬骨頭，“推向工程應(yīng)用才是最終檢驗(yàn)研發(fā)成效的試金石”。
▲研發(fā)團(tuán)隊(duì)查勘現(xiàn)場，組織技術(shù)研討
經(jīng)過充分備戰(zhàn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)最終成功完成大亞灣核電站指定海水管道的機(jī)器人自動(dòng)化防腐作業(yè)。
它的優(yōu)勢有很多，“基于高壓水射流技術(shù)的除銹模組的集成，巧妙解決了傳統(tǒng)工藝難以避免的涂層鼓泡問題;高壓無氣噴涂模組的集成，相比較傳統(tǒng)人工刷涂在顯著提高作業(yè)效率的同時(shí)提升了涂層修復(fù)質(zhì)量”。最重要的是，機(jī)器人代替人進(jìn)入管道，規(guī)避了傳統(tǒng)作業(yè)方式帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，顯著提升了本質(zhì)安全水平。
孫永亮介紹，“該項(xiàng)技術(shù)在核電及其非核行業(yè)有著巨大的應(yīng)用前景，在國家大力倡導(dǎo)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級的背景下，機(jī)器人輔助甚至替代人開展防腐作業(yè)，是大勢所趨。”
目前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人輕量化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、檢測功能集成方面啟動(dòng)了新一輪的研發(fā)工作，為行業(yè)痛點(diǎn)尋求更優(yōu)解決方案而不懈努力。
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